Durchstrahlungsprüfung

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Durchstrahlungsaufnahme des Zeremonialschwertes aus dem Essener Domschatz, die eine unter Rost verborgene Damaszierung (Gittermuster) sichtbar macht.

Die Durchstrahlungsprüfung ist ein bildgebendes Verfahren der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung (ZFP) zur Darstellung von Materialunterschieden. Mithilfe eines geeigneten Strahlers (einer Röntgenröhre, eines Teilchenbeschleunigers oder eines gammastrahlenden Radionuklids, z. B. Cobalt-60, Iridium-192 oder Selen-75) wird die Dichte eines Bauteils auf einem Röntgenfilm abgebildet. Dort erscheint ein Projektionsbild des Bauteils. Am Grad der Schwärzung lässt sich die unterschiedliche Materialdicke oder -dichte erkennen. Je dicker oder dichter ein Bauteil, desto weniger Strahlung kann es durchdringen und desto heller erscheint der Röntgenfilm.

Anwendung[Bearbeiten]

Die Röntgen- und Gammadurchstrahlung ist eine zerstörungsfreie Werkstoffprüfung. Sie wird angewendet zur Fehleraufdeckung im Inneren von Bauteilen, insbesondere an Schweißnähten von Blechen, Rohren und Behältern. Zur Prüfung sicherheitsrelevanter Bauteile bspw. von Schweißnähten (DIN EN ISO 10675-1) sowie sicherheitsrelevanter Gussteile (DIN EN 12681:2003-06 und DIN EN ISO 5579:2014-04) z. B. in Kraftwerken ist sie ein Standardverfahren.

Die häufigsten Fehler sind Lunker, Poren, Seigerungen und Risse. Damit diese gut erkennbar sind, müssen Strahlungsintensität, Wellenlänge der Strahlen, Dicke des Bauteils und Belichtungszeit aufeinander abgestimmt sein. Die Durchstrahlungsprüfung (Kürzel RT gem. DIN EN ISO 9712) ist geeignet zum Nachweis volumenhafter Fehler. Bei Unterschieden der Dichte zwischen Fehlstelle und Grundmaterial ist der Fehler nachweisbar. Auch feine Risse lassen sich bei geeignetem Einstrahlwinkel finden. Kontrast und Auflösung beeinflussen das Erkennen solcher Details. Der Kontrast ist abhängig von der Werkstoffdicke, der Dichte, dem Stoff, aus dem das Prüfstück gefertigt ist, der Strahlerqualität/Energieintensität sowie dem Auflösungsvermögen und dem Typus des Films.

Zur Beurteilung der Bildgüte werden Karten (DIN EN ISO 19232-1:2013-12) mit sieben Drahtstegen unterschiedlicher Breite auf das belichtete Bauteil gelegt. Der Drahtdurchmesser ist dabei um 1,25 mm abgestuft. Anhand des dünnsten noch zu erkennenden Drahtes kann auf die kleinste erkennbare Fehlergröße geschlossen werden.

Eigenschaften[Bearbeiten]

Röntgen- und Gammastrahlen sind elektromagnetische Wellen. Physikalisch gleichen sie dem Licht, haben aber wesentlich kleinere Wellenlängen und dadurch höhere Frequenzen. Auf den kleinen Wellenlängen beruht die Fähigkeit, zwischen den Atomen der Materie einzudringen und mit genügend hoher Energie (Frequenz) auch durchzudringen (Bedingung: Wellenlänge muss kleiner als der Abstand zwischen den Atomen im Kristallgitter sein). Beim Durchdringen werden sie dann verschieden stark durch Fehler abgeschwächt und dadurch zeigt die austretende Strahlung Intensitätsunterschiede. Sie durchdringen Stahl bis etwa 300 mm, Leichtmetall bis 400 mm und Kupfer bis 50 mm. Das Durchdringungsvermögen der Röntgen- und Gammastrahlen ist umso höher, je kleiner die Dichte des Bauteils, die Wellenlänge der Strahlen und je größer die Frequenz ist. Gammastrahlen haben größere Eindringtiefen, weil sie kurzwelliger sind.

Erzeugung der Strahlen[Bearbeiten]

  • Gammastrahlen: Die wichtigsten Gammastrahler für die Werkstoffprüfung sind natürliche (Radium, Radon, Mesothor) und künstliche (Cobalt, Tantal, Cäsium, Thulium). Strahlenquelle ist ein zylinderförmiges und etwa 0,5 – 6 mm großes Werkstück, das aus dem jeweiligen Element bzw. Isotop gefertigt ist. Da Gammastrahler nicht „ausgeschaltet“ werden können, sind sie gasdicht in der Strahlerkapsel mit Wolfram-Abschirmung (innen) und Blei- oder Uran-Abschirmung (außen) eingeschlossen, damit die Strahlung nicht allseitig austreten kann. Da die Strahlenquelle wesentlich kleiner als eine Röntgenröhre ist, lässt sie sich dichter als diese an den Prüfling heranbringen, wie z. B. der Isotopenmolch, ein Gerät, das zur Schweißnahtprüfung auf Baustellen durch Rohre gezogen wird.

Durchführung[Bearbeiten]

Von der Strahlenquelle wird das Schattenbild des Prüfstückes auf eine photographische Schicht geworfen. Die Anordnung besteht aus Strahlenquelle, durchstrahlter Probe und Registriereinrichtung. Wenn z. B. ein Lunker oder ein Einschluss mit niedrigerer Dichte als die der Probe in der Probe vorhanden ist, wird der dahinterliegende Film stärker geschwärzt. Ist in der Probe ein Einschluss von Material höherer Dichte vorhanden, wird der Film dahinter weniger stark geschwärzt. Die Güte des Films wird nach DIN EN 462-1:1994 mit Drähten unterschiedlicher Dicke kontrolliert. Sie werden auf die Probe aufgelegt und sind auf dem Film als helle Streifen zu sehen. Dort müssen die Drähte sichtbar sein, die der Dicke des Prüfstückes zugeordnet wurden. Bei Röntgen- oder Gammaprüfung sind umfangreiche Strahlenschutzregeln (DIN 54113, DIN 54115) zu beachten.

Fehlernachweismöglichkeiten[Bearbeiten]

Filmaufnahmen: Die aus dem Werkstoff austretenden Strahlen treffen auf eine doppelbeschichtete Filmfolie, die auf der Rückseite mit Bleifolien abgedeckt ist, um Streustrahlen fernzuhalten. Intensitätsunterschiede setzen sich in Schwärzungsunterschiede des Films um. Durch unterschiedlich starke Schwärzungen des Films sieht man die geometrische Form sowie die Lage des Fehlers. Die Filmaufnahme ist mit Röntgen- und Gammastrahlen möglich. Anwendung: Kontrolle von Schweißnähten und Gussteilen mit Dicken bis zu 100 mm (Stahl) und 400 mm (Al); Revisionsuntersuchungen in Kessel-, Brücken- und Flugzeugbau.

Leuchtschirm: Röntgenstrahlen regen bestimmte Kristalle zur Abgabe sichtbarer grün - gelber Strahlen an. Eine durch diese Kristalle beschichtete Platte bildet den Leuchtschirm. Auf ihm erscheint ein Schattenbild des Prüflings, jedoch mit geringer Lichtstärke. Fehler mit geringer Dichte sind auf dem Schattenbild heller, Fehler mit höherer Dichte dunkler. Der Beobachter muss durch Bleiglas vor der Streustrahlung geschützt werden. Anwendung: Die Durchleuchtung mit Röntgenstrahlen, ist für Stahldicken bis zu 20 mm anwendbar. Außerdem für Leichtmetalle und Kunststoffe.

Röntgenbild - Verstärkerröhre: Mit Hilfe von Elektronik kann das Röntgen - Leuchtschirmbild verkleinert und verstärkt werden. Es erhöht dann eine 10³ fache Helligkeit auf dem Monitor und kann fernsehtechnisch übertragen werden. Beobachter können dann in einem strahlengeschützten Raum sitzen. Anwendung: Prüfung von Längs- und spiralgeschweißten Rohren.

Normen für die Durchstrahlungsprüfung[Bearbeiten]

Deutsches Institut für Normung (DIN)
  • DIN EN ISO 5579: 2014-04 Zerstörungsfreie Prüfung – Durchstrahlungsprüfung von metallischen Werkstoffen mit Film und Röntgen- oder Gammastrahlen – Grundlagen
  • DIN EN ISO 19232-1:2013-12 Zerstörungsfreie Prüfung – Bildgüte von Durchstrahlungsaufnahmen – Teil 1: Ermittlung der Bildgütezahl mit Draht-Typ-Bildgüteprüfkörper
  • DIN EN ISO 19232-3:2014-02 Zerstörungsfreie Prüfung – Bildgüte von Durchstrahlungsaufnahmen – Teil 3: Bildgüteklassen
  • DIN EN ISO 11699-1:2012-01 Zerstörungsfreie Prüfung – Industrielle Filme für die Durchstrahlungsprüfung – Teil 1: Klassifizierung von Filmsystemen für die industrielle Durchstrahlungsprüfung
  • DIN EN 1330-4 Zerstörungsfreie Prüfung – Terminologie – Teil 3: Begriffe der industriellen Durchstrahlungsprüfung
  • DIN EN ISO 17636-1: 2013-05 Zerstörungsfreie Prüfung von Schweißverbindungen – Durchstrahlungsprüfung Teil 1: Röntgen- und Gammastrahlungstechniken mit Filmen
  • DIN EN ISO 17636-2:2013-05 Zerstörungsfreie Prüfung von Schweißverbindungen – Durchstrahlungsprüfung – Teil 2: Röntgen- und Gammastrahlungstechniken mit digitalen Detektoren
  • DIN EN 12681, Gießereiwesen – Durchstrahlungsprüfung

Weblinks[Bearbeiten]